los sistemas dinámicos como teoria cognitiva

LOS SISTEMAS DINÁMICOS COMO TEORIA COGNITIVA
Resumen
El conocimiento científico se basa en los sentidos, sin embargo, la ciencia explica los fenómenos
naturales por medio de procesos reversibles donde el tiempo humano no tiene cabida. Los sistemas
dinámicos, por su naturaleza multimensional, dan cuenta de la irreversibilidad y la evolución; lo que
los acerca a las ciencias humanas y da origen a un modelo de cognición mas cercano a las causas
físicas que los modelos anteriores computacional y conexionista.
Palabras clave: sistemas dinámicos, multidimensional, cognición, modelo.
Marcelo Antonio Arce Fonollá
Artista Visual, Licenciado en Artes Plásticas, Consultor en Informática.
Actualmente candidato a Magíster en Estudios Cognitivos en la Universidad de Chile
Antecedentes
Teorías de sistemas dinámicos se han elaborado desde muy antiguo. Ya Lucrecio, discípulo de
Epicuro, anticipó una "teoría del todo", que se desarrollaba sobre la base de sus postulados acerca
de la existencia de átomos y vacío, representando la idea de que todo es infinito, en un esfuerzo por
armonizar el dinamismo atómico, cuyos acoplamientos le permiten explicar tanto la vida como las
libertades humanas, asi como la idea de selección natural que, como ya descubrió Bergson, anticipa
a Darwin en la definición del "concepto" de evolución.
El poeta Paul Valery contribuyó también a la teoría de los sistemas dinámicos, como resalta el
matemático Rene Thom, al descubrir la audaz trama entre ciencia y arte que Valery pudo construir
dejando un legado solo comparable a Leonardo, Goethe o Pascal:" Finalmente, la idea de una teoría
de dinámica universal, capaz de aplicarse indiferentemente a los procesos mentales, la morfogénesis
biológica, y a ciertos fenómenos de conflicto de la naturaleza inanimada como los cambios de fase,
parecen sustentar bien el proyecto valeriano, a semejanza del principio de la teoría de las
catástrofes" [Schwartzman 2000]
Para Valery, el cerebro es un lugar de cambios incesantes “habitado por la inestabilidad misma”,
[op.cit], regido por una mecánica mental donde la diferencia orden-desorden es equivalente a la
diferencia de temperatura en una maquina.
El problema del espacio-tiempo
Sin embargo, es en el siglo XX donde esas teorías decantan y se introducen en los procesos
cognitivos. Parecen existir, como diría Einstein, un "insatisfactorio estado intermedio" de nuestra
relación con la realidad. Sin embargo, respecto a la concepción del tiempo y el espacio, podría ocurrir
que una multiplicidad de esquemas conceptuales (y no sólo uno) fuera esencial a toda construcción
mental adecuada a los fenómenos. El misterio de las cualidades sensoriales radica en que, como
Schrödinger escribe: “todo conocimiento científico se basa en los sentidos, y no obstante, las
descripciones científicas de los procesos naturales asi elaborados carecen de todas las cualidades
sensoriales, por lo que no pueden dar cuenta de ellas" [Jaques 1984], la vivencia primaria
del
espacio y el tiempo es la de un continuo espacio-tiempo indiferenciado. Vivimos en un mundo
mentalmente construido de acción y de cambio, y no tropezamos con grandes dificultades hasta que
intentamos enunciarlo, ya sea poética o científicamente.
La jerarquización de los eventos complejos corresponde a una estructura mental, en la que
asumimos la existencia de un agente organizador centralizado. Sin embargo, existen instancias,
como el tiempo, que si bien organiza la existencia en un “antes” y un “después” no la articula en torno
a la percepción de la modificación espacial, sino que “es” el cambio. Tal vez por esto la teoría
cuántica resulte aún tan obscura para la mayoría de la gente, ya que, si bien en términos operativos
aún se emparenta con la teoría de Newton (la función de onda () es muy similar a la trayectoria en
la mecánica clásica), no se refiere a una linealidad observable, la onda no es visible como si lo es un
móvil que se desplaza
John Von Neumann hizo la presentación de la teoría cuántica cinco años después de ser elaborada
por Schrödinger, en 1932, instalando una visión dualista: “por una parte, tenemos la ecuación de
Schödinger que rige la función de onda, y que (al igual que la ecuación de Newton) es determinista y
simétrica en relación al tiempo. Por otra parte tenemos la reducción de la función de onda, que
transforma un caso puro en una mezcla y que, asociada al proceso de medición, es irreversible”
[Prigogine 1996]. Su aplicación mas importante es en la teoría de la relatividad general, la cual para
poder sustentarse hubo de cambiar el espacio euclidiano por el riemiano (o curvo)
Se puede resumir la teoría general de la relatividad como aquella ley que confirma la posibilidad del
avance continuo del tiempo en un continuo espacio tridimensional curvado por la presencia de
materia.
“Pero curvando el espacio más y más se llega inevitablemente a un punto singular donde no hay
definición ni para tiempo ni para espacio, que en esas condiciones críticas dejan de ser continuos.”
[Penrose-Hawking 1996].
Queda la ruina de la trama espacio-temporal destruida por la gravitación y la presencia de los
agujeros negros,
singularidades paradójicamente
antagónicas a toda continuidad (aun ante la
reciente retractación inédita de Hawking). Las singularidades espacio temporales como estaban
definidas hasta ahora correspondían a la divergencia de la curvatura del espacio y estaban presentes
en el Big Bang, los Hoyos Negros y el Big Crunch.
Resonancias, niveles y emergencia
Partiendo de una pregunta acerca de la estabilidad del sistema solar, Henri Poincaré abrió el camino
para tratar los problemas de estabilidad en sistemas dinámicos complejos.
En un universo estable, donde pequeños cambios en las condiciones iniciales, sólo traen pequeñas
alteraciones en el comportamiento del sistema considerado y donde, por tanto, pueda existir "el
demonio de Laplace" : que es capaz de predecir el futuro siempre que conozca el estado presente
del universo con el suficiente grado de precisión ; el problema simplemente no se presenta.
Pero en un universo inestable, tal tipo de predicción determinista es imposible; y el universo en el
cual vivimos realmente es un universo inestable, irreversible y, por tanto, evolutivo (asociado la flecha
de tiempo). Es de sentido común que el pasado no puede disolverse como si no hubiera existido,
sino que determina irreversiblemente el presente que estamos viviendo, sin embargo en las ciencias
es común enfrentarse a la reversibilidad de los procesos, como si fueran lineales.
Poincaré estableció una diferencia entre sistemas estables e inestables (o sistema no integrable), si
un sistema se puede reducir, eliminando la energía potencial, de modo que la resultante sea
equivalente a un sistema en el que las partículas no tienen interacción entre ellas, dicho sistema es
integrable, sin embargo en él tampoco hay vida o auto organización. Por el contrario, la mayoría de
los sistemas es no integrable y esto se debe a las “resonancias en los grados de libertad del
sistema”. Del mismo modo que, en la música, se suman las vibraciones de los instrumentos
separados generando los “armónicos”, sonidos que no están presentes en ningún instrumento
particular sino en su interacción.
Las resonancias de Poincaré conducen a una forma de caos, es decir, causas pequeñas tienen
efectos grandes. En efecto, las simulaciones numéricas muestran que estas resonancias inducen a
la aparición de trayectorias erráticas, como sucede en el caos determinista, es decir, existe una
estrecha analogía entre no integrabilidad y caos determinista. Ahora bien, la no integrabilidad tiene
que ver con el azar, presente en el trabajo de Poincaré, cosa que Ilya Prigogine no comparte ya que
para el “las ecuaciones de sistemas caóticos son tan deterministas como las leyes de Newton. ¡Y
empero engendran comportamientos de aspecto aleatorio!". Por el contrario, existen sistemas que no
parecen caóticos no obstante estar regidos por el caos determinista, es sobre esos sistemas que
Mitchel Resnick ha investigado.
Resnick ha desarrollado su trabajo en torno a la teoría de sistemas de un modo práctico, un ejemplo
claro es la observación de los “tacos” de transito donde, si bien los autos avanzan el taco retrocede,
¿cómo es posible?. El taco es mas que un montón de autos, es un organismo diferente a la suma de
los autos y tiene leyes propias e independientes, es decir existen diferentes “niveles” de organización.
En una ola lo que se mueve es la energía, no las moléculas del agua. De igual manera sucede con
una onda en una cuerda: las partes de la cuerda se mueven hacia arriba y hacia abajo; la onda en
cambio se traslada longitudinalmente. Los tacos vehiculares se pueden entender como otro tipo de
olas: la densidad de los autos es análoga a la altura de la ola marina. En todos estos ejemplos, el
movimiento del conjunto es bastante diferente de las partes que lo constituyen.
Frecuentemente se piensa en los niveles en términos de jerarquía: un general esta a mayor nivel que
un sargento y este de un coronel. Pero también existen niveles de contenedor: un año contiene
meses y estos días. Junto a estas dos definiciones tradicionales está la visión “emergente”, que
abarca los niveles que surgen de interacciones. Así, el taco de vehículos no esta estructurado
jerárquicamente, de hecho, su composición cambia constantemente, tampoco es una acumulación
de autos, un año puede ser un mes largo, un taco es más que un auto grande.
El problema de la emergencia es que su aparición tiene que ver con el grado de apertura del sistema
y, en esa medida, muchas veces es indeterminable, no obstante estar regido por las leyes de la
complejidad.
Para muchos el análisis de la complejidad no es sólo una nueva ciencia, sino una forma de pensar la
ciencia, un cambio de paradigma.
Prigogine define esta nueva complejidad como la física del no equilibrio y sus postulados principales
son:
1. Los procesos irreversibles (asociados a la flecha de tiempo) son tan reales como los procesos
reversibles descritos por las leyes tradicionales de la física
2. Los procesos irreversibles desempeñan un papel constructivo en la naturaleza
3. La reversibilidad exige una extensión de la dinámica.
[Prigogine 1996]
Así, la irreversibilidad crea nuevas formas de coherencia, la vida existe lejos del equilibrio.
Sistemas Dinámicos como teoría Cognitiva
Entre los años 80 y principio de los 90, solo existían dos grandes posturas respecto a la cognición
una era la simbólica computacional basada en la linealidad y reversibilidad de los procesos. La otra
mas reciente era la conexionista (real, sobre procesadores paralelos, que diferiría de las primeras
conexionistas de la era del Perceptron, denunciada ya por Minsky), en la que el procesamiento es
paralelo y el símbolo es reemplazado por la representación.
Según algunos [Guinti 1991], tanto las redes conexionistas como los algoritmos simbólicos son
dinámicos en el sentido de ser sistemas que cambian a través del tiempo, Sin embargo, el
dinamismo postula la irreversibilidad de los fenómenos a diferencia de aquellas. Así, si bien las redes
neurales recursivas pueden ser dinámicas, la definición de conceptos como ‘representación‘ o
‘computación‘ no están presentes en la teoría de sistemas dinámicos.
La hipótesis dinamicista como la define Van Gelden y Port, emplea sistemas de ecuaciones
diferenciales para representar la trayectoria de los agentes cognitivos a través de los diferentes
estados. En otras palabras, la cognición es explicada como un espacio multidimensional de todos los
posibles pensamientos y conductas, que es atravesado por la ruta de las decisiones que toma un
agente, bajo ciertas presiones ambientales e internas, todo lo cual es capturado por una serie de
ecuaciones diferenciales [Van Gelden y Port 1995, citado por Eliasmith 1996].
Esta serie de ecuaciones está mas cerca de los procesos irreversibles de Prigogine aunque su base
sea de tipo no lineal, es por esto que la postura ante definiciones de estados fijos como en la teoría
clásica o la conexionista, es rechazada de plano por recurrir a un concepto emergente de la
disposición e interacción de los constituyentes, los que están definidos en su funcionamiento básico
pero no en su interconexión. Thelen y Smith, se refieren al problema de la representación en estos
términos: “Nosotros afirmamos que la evolución sucede a causa de patrones de actividad fijados a
través de componentes heterogéneos. Nosotros no construimos representaciones del mundo
conectando ideas temporalmente contingentes. ¡Nosotros no construimos representaciones
definitivamente! La mente es actividad en el tiempo...el tiempo real de las causas realmente físicas”
[Thelen y Smith 1994, citado por Clark 2001], esto es claramente opuesto a los patrones
conexionistas, con los que el dinamismo es comparado, en el sentido de que la definición de los
patrones está dado no por la contingencia sino por la adaptabilidad, lo que sin duda genera un
problema de lenguaje ya que, es el tiempo y no el espacio lo que define la actividad en los sistemas
dinámicos.
Así, la evolución del pensamiento, que en el modelo simbólico computacional depende de un reloj
externo para ejecutar su proceso serial (cristal de cuarzo), que en el modelo conexionista esta
presente por la disponibilidad de datos e instrucciones en los procesadores paralelos; en el modelo
dinámico está regido sólo por el tiempo propio de respuesta al ambiente, y no por la existencia de
instrucciones puestas allí por un programador, por esto tampoco tienen un verdadero inicio, “son el
tiempo”
Una de las mayores criticas hacia la postura dinamicista de la cognición es respecto a la construcción
de modelos, si bien en otras áreas los modelos dinámicos pueden ser eficientes, al momento de
modelar la cognición caen en la ambigüedad de denominar modelos claramente conexionistas
(modelo de bulbo olfatorio) como ejemplos de sistema dinámico alejado del conexionismo y
simbolismo. Claramente las redes conexionistas recursivas (una misma instrucción se usa mas de
una vez) es un modelo dinámico y también es cierto que las nociones de computación y
representación se pueden aplicar al dinamismo.
Ahora bien, como los dinamistas identifican solo un cierto tipo de sistema capaz de describir la
cognición, específicamente los sistemas de estados-determinados donde la conducta es gobernada
por ecuaciones diferenciales. Y que, como lo demostró von Neumann, existen ecuaciones que al ser
reducidas se vuelven irreversibles. Entonces la característica final de los sistemas que se aplican a
la cognición tienen que ver con la irreversibilidad mas que con los elementos constituyentes (redes
neuronales) o la definición de representación. Esto es, una postura mas metafísica que procedural,
que basa su experiencia en la imposibilidad de representar la inteligencia humana, aunque bien
puede representar procesos cognitivos mas simples como el comportamiento de una colonia de
hormigas o el bulbo olfativo de un conejo, es decir aquellos procesos que no implique autoconciencia
o donde la interrelación entre componentes sea tan extensa que se vuelva imposible de calcular.
Entonces aparece una nueva duda: es posible representar la mente haciendo un modelo o solo se
forma en la evolución de un cuerpo capaz de percibir?, si es lo ultimo se debería aceptar que la
mente es fruto del desarrollo de variables tan complejas y multidimensionales que solo se podría
emular copiando un cuerpo exactamente y, por cierto, ya no seria un modelo.
Es lo que Kuhn (y Adorno) señalan al hablar de los “métodos ya dados” , a la existencia de “un grado
de inconmensurabilidad entre los distintos modelos (relativamente excluyentes) y de lo problemático
que resulta llevar el principio de la acumulación mas allá de un determinado campo” [Kuhn 1994,
citado por Monjeau 2004]. Es asi que el forzar la aparición de un modelo que tenga relación con
estructuras ya dadas y ser cuestionada por tener similitudes con esas estructuras, se verifica que:
“La ciencia normal conduce sólo, en último análisis, al reconocimiento de anomalías y crisis. Y estas
terminan, se resuelven, no mediante deliberación o interpretación, sino por un proceso repentino y no
estructurado, como cambio de forma.” [op.cit.]
La dificultad de considerar como un nuevo paradigma a la teoría de sistemas dinámicos radica en
que, como sistema, proponga solo un conjunto nuevo de metáforas o una nueva terminología para
describir el fenómeno que otros ya han estado estudiando, y anunciar que este ha sido explicado
cuando, en realidad, se ha sustituido el modelo por una analogía la que, finalmente, tampoco explica
nada sino que copia unas características del referente original.
De este modo el modelo, considerado una "clase de metáfora controlada" [Beardsley 1972, citado por
Eliasmith 1996], no estaría presente en el trabajo de los dinamistas y sólo nos encontraríamos ante
una analogía que mantiene una apertura hacia la interpretación y no define de manera absoluta sus
propiedades. Barton, anuncia así, que la descripción de conducta que hacen los dinamistas no es
otra cosa que el análisis Jungiano del comportamiento, maquillado con una formulación matemática.
Sin embargo, esto podría decirse también de la postura simbólica computacional, que sí define una
metodología basada en símbolos.
La explicación de toda conducta multimensional es entendida, en un sistema dinámico, como una
interacción de unas conductas de baja dimensionalidad de los agentes (equivalente a los procesos
irreversibles creativos), asi, programando un modelo con pocos tipos de conducta (avanzar, oler,
girar) se pueden construir estructuras altamente dimensionales (colonias de hongos, tacos de
transito). Sin embargo en el modelado de la cognición las dimensiones de variables son
prácticamente imposibles de determinar (por ser emergentes a su vez) lo
que imposibilita la
reducción (todavía) a una baja dimensionalidad de los sistemas de ecuación.
Es así que resulta muy difícil, aun con la tecnología actual elaborar un modelo de pensamiento
dinamicista en el que todas las variables de tipo biológico emulen al sistema nervioso, un ejemplo
mas claro viene dado por la literatura, como veremos a continuación.
Futuro posthumano y ciencia ficción
Sin duda la física (y la filosofía) para tener algún valor debe ofrecer la posibilidad de sacar al hombre
de su condición, de la tragedia de su existencia, es así que la literatura recoge lo mas liberador del
dinamismo para ofrecer una alternativa a la tragedia de la existencia humana.
Sin embargo, aunque la teoría de los sistemas dinámicos resulta bastante poco habitual para el
hombre común, y sea puesta en duda por los fundamentalistas, en la literatura de ciencia ficción es
donde se ha aventurado mas acerca de las posibilidades futuras de la humanidad y el conocimiento.
En la novela Schismatrix, Bruce Sterling imagina un sistema solar posthumano en el que los
ingenieros genéticos han tomado el control de sus propios genes, en la etapa final la cultura alcanza
el "quinto nivel de complejidad prigogínico", llamado asi por Ilya Prigogine, que teoriza que el orden
emerge espontáneamente de los sistemas dinámicos cuando estos se alejan mucho del equilibrio,
dando lugar a puntos de transición llamados "singularidades", asi la teoría de Prigogine se aplica a la
humanidad, que es considerada como un sistema dinámico (los atractores pueden verse aquí como
una clase de singularidad). Desplazándose lejos del equilibrio para convertirse en clades post
humanos, la especie llega a una singularidad mística, una trascendencia final esquemáticamente
descrita, este quinto nivel esta "tan lejos de la vida como la vida lo está de la materia” [Sterling 1985,
citado por Dery 1998]
En la misma línea Hans Moravec, director del Laboratorio de Robots Móviles del centro de Robótica
de Carnegie-Mellon, cree con Marvin Minsky que la mente es una maquina de carne y en esa línea
es posible "descargar" la mente en un nuevo sistema interconectado, ya que la diferencia entre
hombre y maquina es solo una cuestión de velocidad de cálculo, esta velocidad se espera que
alcance a los diez billones de operaciones por segundo en los próximos 10 años, y ya que la
estructura cerebral determina el funcionamiento de la mente en todos los niveles, cada neurona y
cada sinapsis en un cerebro dado deben recrearse en un programa de computador para que una
conciencia individual pueda ser transmitida desde su cuerpo orgánico hacia una memoria digital y,
puesto que en la teoría de la mente de Ross la conexión es el programa, no necesitamos comprender
la conciencia humana para realizar esta operación.
Sin embargo el físico Eric Harth sostiene que " la neurobiología y conciencia están inextricablemente
unidas", lo que echaría por tierra la hipótesis de la "descarga del cerebro", planteada por Ross. Por
supuesto, Harth arguye que, aunque admite que el cerebro no es un computador de uso general tipo
Von Neumann, podría contener una conciencia humana si la emulación "llegase a un nivel lo
suficientemente bajo (probablemente hasta neuronas individuales) para que emulase sistemas que
están bajo el nivel esencial del cerebro" [Hart 1996]. Esto claramente es conexionismo.
Richard Restak, neurólogo, despeja esta discusión al preguntar:"¿ Es posible que nuestra definición
de cerebro sea demasiado corta? Acaso no están los procesos reguladores que situamos dentro de
nuestras cabezas mucho mas distribuidos?" [Restak 1991, citado por Dery 1998]. De este modo nos
recuerda que los neurotransmisores y las hormonas reguladoras no se hallan confinadas en el
cerebro sino repartidas por todo el cuerpo, en los intestinos, en los pulmones, e incluso en los
órganos sexuales. Y aunque pudiéramos extraer todas las conexiones, copiándolas con
nanomáquinas, la conciencia no estaría tampoco ahí. Finalmente diremos con Félix Schwartzmann
que “el curso evolutivo de las imágenes del mundo obedece a cierta compleja consistencia cognitiva
que no cabe alterar.” [Schwartzmann 2000]
Conclusión
De este modo, podemos decir en defensa de la teoría de sistemas dinámicos que, el que aún sus
modelos no puedan ser construidos es debido al desarrollo de la tecnología y que, para que el
verdadero modelo de conciencia se materialice es necesario incluir en los actuales las variables
corporales (caóticas) que se han señalado, tal vez entonces aparezcan las verdaderas falencias o la
imposibilidad de reproducir al cerebro humano (en su concepción extendida de Restak), sin recurrir a
sustitutos orgánicos. Pero lo que si es cierto es que las denuncias del modelo dinámico son
equivalentes a las que tuvo en sus orígenes la mecánica cuántica o la teoría del todo, guardando las
debidas proporciones, en la que la verificación debió esperar años de desarrollo o reemplazar un
sistema de medición por otro. Tal vez, como postula Beer, sea necesaria una unión de las tres
teorías actuales para generar una teoría válida, en lugar de buscar las diferencias en torno a
procedimientos y definiciones que es lo que actualmente se viene haciendo.
Marcelo Arce, Marzo 2005
Bibliografía
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